潤滑とは(目的と働き・流体潤滑と境界潤滑の違い・ストライベック曲線・潤滑剤の種類)

すべり軸受の断面で、軸と軸受のすきまに油膜が入り、拡大図で凸凹の面が油で隔てられているイメージ(AI(ChatGPT)で生成したイメージ画像)

自転車のチェーンに油をさす、エンジンにエンジンオイルを入れる、機械の軸受にグリースを詰める。どれも「潤滑(じゅんかつ、英語では lubrication)」のための作業です。潤滑とは、こすれ合う2つの物のあいだに潤滑油やグリースなどの潤滑剤を入れて、摩擦(動きにくさ)と摩耗(すり減り)を小さくすることです。このページでは、潤滑のしくみ・目的・潤滑の状態(流体潤滑・混合潤滑・境界潤滑)・ストライベック曲線・潤滑剤の種類を、図を使って説明します。

目次

潤滑とは:ひとことで言うと

ひとことで言うと

こすれ合う面のあいだに潤滑剤(油・グリースなど)の膜をつくり、面どうしが直接こすれないようにして、摩擦と摩耗を減らすこと。

膜が厚いほど面は離れ、摩擦は小さくなる。膜が薄くなると、表面の細かい凸凹が当たり始める。

潤滑なしでは表面の凸凹どうしが当たり、潤滑ありでは油膜が2つの面を隔てる模式図
図1 潤滑なしと潤滑あり(拡大した模式図)
出典:Wikipedia「潤滑」をもとに AI(Claude)で作成

Wikipedia の「潤滑」では、潤滑を「摩擦のある物体のあいだに潤滑油やグリースなどの潤滑剤を供給したり、こすれ合いで起きる化学反応(トライボケミカル反応)で潤滑の膜をつくったりして、摩擦力と摩耗を減らす方法」と説明しています。

潤滑剤がまったくない状態は「乾燥摩擦」と呼ばれます。同じページによると、金属どうしの乾燥摩擦では、面がくっつく「凝着」が起こり、激しい摩耗の原因になります。

どんなに平らに仕上げた面も、拡大すると細かい凸凹(表面粗さ)があります。2つの面は、この凸凹の山の先だけで触れ合っています。潤滑剤の膜がその山どうしのあいだに入ることで、面が直接こすれるのを防ぎます(編集部の補足。表面粗さは下の関連ページで説明しています)。

出典:潤滑|Wikipedia

潤滑の目的:潤滑剤の6つの働き

潤滑剤の6つの働き(減摩・冷却・応力分散・密封・防錆・防塵)の図
図2 潤滑剤の主な働き
出典:Wikipedia「潤滑剤」をもとに AI(Claude)で作成

潤滑剤のいちばんの役目は、摩擦と摩耗を減らすことです。Wikipedia の「潤滑剤」は、そのほかの働きも合わせて、次のように挙げています。

働き内容例
減摩作用摩擦を減らし、乾いたままこすれるトラブルを防ぐ軸受・歯車・すべり面
冷却作用大量の油を循環させて、摩擦の熱で局所的に温度が上がるのを抑える。粘度が低いほど熱を逃がしやすいグリースには冷却の効果はあまり期待できない
応力分散作用油膜がクッションになり、応力の集中を和らげる歯車・ベアリング
密封作用すきまをふさぐエンジンオイルが、シリンダーとピストンリングのあいだの密閉を担う
防錆作用錆を防ぐ—
防塵作用外からのごみの侵入を防ぐグリースの場合

グリースは冷やす働きが弱く、油は循環させれば熱を運べる、というように、同じ「潤滑剤」でも種類によって得意な働きが違います。使い分けは下の「潤滑剤の種類」で説明します。

出典:潤滑剤|Wikipedia

潤滑の状態:流体潤滑・混合潤滑・境界潤滑

流体潤滑・混合潤滑・境界潤滑の油膜の厚さと凸凹の当たり方の模式図
図3 潤滑の3つの状態(模式図)
出典:Wikipedia「潤滑」、Wikipedia(英語版)「Stribeck curve」をもとに AI(Claude)で作成

潤滑には、油膜の厚さによっていくつかの状態があります。油膜が厚くて面が完全に離れているのが「流体潤滑」、油膜が薄く面の山どうしが当たるのが「境界潤滑」、その中間が「混合潤滑」です。

状態どうなっているか摩擦係数の目安
流体潤滑(流体摩擦)液体の膜で2つの面が完全に隔てられている。摩擦抵抗は液体の粘性による抵抗だけになる0.01 程度より小さい
混合潤滑流体潤滑と境界潤滑の中間。面の突起が一部で触れ、荷重を油と分け合う0.1〜0.01
境界潤滑(境界摩擦)表面に吸着した潤滑剤の成分の薄い膜(分子の膜)で、表面がある程度守られている。機械の起動・停止のときに起きる0.1 程度より大きい

表の摩擦係数は Wikipedia「潤滑」に書かれている目安です。実際の値は、材料・潤滑剤・温度などで変わります。

機械が回り始めるときと止まる直前は、速度が遅く油膜ができにくいので、起動と停止のたびに境界潤滑の状態を通ります。すり減りや焼付きが起きやすいのは、こうした場面です(編集部の補足)。

弾性流体潤滑(EHL)

玉軸受の転がる部分のように、とても小さい面積に大きな力がかかる所では、昔の潤滑の理論では油膜が保てる理由を説明できませんでした。そこで見いだされたのが「弾性流体潤滑(EHL)」です。油膜の圧力が高くなると、硬い軸受鋼の面も弾性変形してわずかにへこみ、油膜が保たれるという考え方です。へこむことで接触する面積が広がり、面にかかる圧力が下がります(編集部の補足)。

Wikipedia「潤滑」は、身近な例として、関節の軟骨、雨の日にマンホールのふたの上で長靴が滑りやすいこと、タイヤが水の上に浮くハイドロプレーニング現象を挙げています。

出典:潤滑|Wikipedia、Stribeck curve|Wikipedia(英語版)

ストライベック曲線:潤滑の状態と摩擦係数の関係

ストライベック曲線の模式図。横軸がハーシー数、縦軸が摩擦係数で、境界・混合・流体潤滑の領域
図4 ストライベック曲線(模式図)
出典:Wikipedia(英語版)「Stribeck curve」、Wikipedia「潤滑」をもとに AI(Claude)で作成

潤滑の3つの状態と摩擦の関係を1本のグラフにしたのが「ストライベック曲線」です。英語版 Wikipedia によると、横軸は「粘度 × 速度 ÷ 荷重」でつくる数(ハーシー数)、縦軸は摩擦係数で、左から境界潤滑・混合潤滑・流体潤滑の順に並びます。

領域(グラフの位置)条件摩擦係数
左:境界潤滑遅い・荷重が大きい・粘度が低い大きい
真ん中:混合潤滑油膜が育ち始め、突起の当たりが減る右へ行くほど急に下がる
右:流体潤滑速い・荷重が小さい・粘度が高いいちばん小さい所を過ぎると、油の中の抵抗で少しずつ上がる

表の「条件」と「摩擦係数」の列は、横軸の式(粘度 × 速度 ÷ 荷重)と曲線の形から編集部が整理したものです。

グラフでいちばん摩擦が小さいのは、混合潤滑から流体潤滑に移るあたりです。右へ行きすぎると、油の粘性による抵抗(油をかき混ぜる抵抗)が増えて、摩擦係数はまた上がります。Wikipedia「潤滑」も、流体潤滑の領域で横軸の値が大きくなると、液体のせん断抵抗で摩擦係数が再び増えると説明しています。

名前は、ドイツの技術者リヒャルト・ストライベックにちなみます。英語版 Wikipedia によると、ベルリンで行った研究を1901年12月5日に発表し、1902年9月6日に刊行しました。日本語版 Wikipedia「潤滑」では、横軸をゾンマーフェルト数(粘度・回転速度・圧力からつくる数)として説明しています。

出典:Stribeck curve|Wikipedia(英語版)、潤滑|Wikipedia、トライボロジー|Wikipedia

すべり軸受で軸が油に浮くしくみ

すべり軸受で軸が回ると油がくさび形のすきまに送り込まれ、圧力で軸が浮くしくみの図
図5 すべり軸受の流体潤滑(くさびの形のすきま。模式図)
出典:Wikipedia「潤滑」をもとに AI(Claude)で作成

流体潤滑のいちばん身近な例が、軸を油で支える「すべり軸受」です。軸は荷重で少し片寄るので、軸と軸受のすきまは、広い所からせまい所へ「くさび」の形になります。軸が回ると、油が軸の表面に引きずられてせまい所へ送り込まれ、そこで上がった油の圧力が軸を押し上げて支えます(編集部の補足。Wikipedia「潤滑」は、油膜の圧力を生む要因として「くさび膜効果」と「絞り膜効果」を挙げています)。

このしくみでは、速度が遅いと油を送り込む力が弱く、油膜が薄くなります。Wikipedia「トライボロジー」は、ゾンマーフェルト数を「流体潤滑を保てる速度の下限の目安」として説明しています。回り始めや止まる直前に境界潤滑になるのは、このためです(編集部の補足)。

出典:潤滑|Wikipedia、トライボロジー|Wikipedia

潤滑剤の種類:潤滑油・グリース・固体潤滑剤

潤滑剤の種類:潤滑油・グリース・固体潤滑剤の図
図6 潤滑剤の主な種類
出典:Wikipedia「潤滑剤」、日本精工(NSK)「9.1 グリース潤滑(ベアリングの基礎知識)」をもとに AI(Claude)で作成
種類どんなものか特徴・使われ方
潤滑油(液体)主に石油を精製したもの。粘度(ねばり)は VG 値で表すVG2(荷重が小さく速い所)〜VG460(遅いウォームギヤ)まで、条件に合わせて粘度を選ぶ。循環させれば冷却にも使える
グリース(半固体)潤滑油に増ちょう剤を分散させて半固体にし、添加剤を加えたもの。組成は基油 約70〜95%・増ちょう剤 約5〜30%・添加剤 数%(NSK)かたさは「ちょう度」、耐熱性は「滴点」で示す。油に比べて密封の構造を簡単にでき、交換の間隔が長く、飛び散りにくい
固体潤滑剤黒鉛・二硫化モリブデン・PTFE(テフロン)・銀・鉛など表面がやわらかい、融点が高く焼き付きにくい、化学的に安定、という性質をもつ

NSK によると、転がり軸受の約80%でグリースが使われています。NSK は、油のようにポンプや冷却器などの複雑な設備がいらず、密封の構造を簡単にでき、交換の間隔も長いことを利点に挙げています。一方、熱を運び去りたい所や、とても速く回る所では潤滑油が選ばれます(編集部の補足。グリースの冷却の効果があまり期待できないことは上の「潤滑の目的」の表のとおり)。

潤滑油の粘度の選び方、グリースの補給の間隔、固体潤滑のコーティングなどは、下の技術ページと課題ページでくわしく説明しています。

出典:潤滑剤|Wikipedia、9.1 グリース潤滑(ベアリングの基礎知識)|日本精工(NSK)

潤滑とトライボロジー

摩擦・摩耗・潤滑をまとめて扱う学問を「トライボロジー」といいます。Wikipedia「トライボロジー」によると、語源はギリシャ語の「摩擦する」で、1966年に英国でまとめられた「ジョスト報告」が、摩擦や摩耗による損害の大きさを背景に、この言葉を提唱しました。

同じページは、トライボロジーの主な目的として、摩擦係数を目的に合わせて制御すること、摩耗や表面の損傷を防ぐこと、騒音・振動などの影響を減らすことを挙げています。潤滑は、その中心になる技術です。

出典:トライボロジー|Wikipedia

出典

  1. 潤滑|Wikipedia
  2. 潤滑剤|Wikipedia
  3. Stribeck curve|Wikipedia(英語版)
  4. トライボロジー|Wikipedia
  5. 9.1 グリース潤滑(ベアリングの基礎知識)|日本精工(NSK)

※図は、出典の説明をもとに編集部がまとめた模式図です。グラフの形や凸凹の大きさは説明のためのもので、実際の測定値ではありません。

※アイキャッチ画像は、AI(ChatGPT)で生成したイメージです。実在の製品ではありません。

情報の確認日:2026年11月9日

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